Деформирующая шпилька

 

Использование: тугие резьбовые соединения . Сущность изобретения: шпилька содержит гаечный и посадочный резьбовые концы. Посадочный конец выполнен в виде направляющей и деформирующей частей, Резьба деформирующей части выполнена в видр профиля с волнообразной боковой поверхностью , выступы которой превышают поверхность профиля направляющих витков резьбы на величину последеформационной усадки и упругого смещения от усилия затяжки. Кроме того, деформирующая часть корпусного конца выполнена упрочненной до 45...58 HRC, шаг волнообразных выступов позволяет расположить их по окружности среднего диаметра в количестве не меньше трех, а деформирующая и направляющая части имеют резьбовые профили с равными средними диаметрами.и допусками на них. Использование шпильки позволяет расширить технологические возможности, повысить надежность сборки и стопорения. 3 ил. k

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 16 В ЗЗ/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801660/27 (22) 15.12.89 (46) 15.03.93. Бюл. ¹ 10 (71) Читинский политехнический институт (72) С.Я. Березин и H.Н, Груздева (56) ГОСТ 22042... ГОСТ 22043 — 76.

Авторское свидетельство СССР № 540069, кл. F 16 В 33/02, 1976. (54) ДЕФОРМИРУЮЩАЯ ШПИЛЬКА (57) Использование: тугие резьбовые соединения. Сущность изобретения: шпилька содержит гаечный и посадочный резьбовые конЦы, Посадочный конец выполнен в виде направляющей и деформирующей частей, Резьба деформирующей части выполнена в виде профиля с волнообразной боковой поИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано для сборки тугих резьбовых соединений, Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей, повышение надежности стопорения и долговечности шпилек.

В отличие от уже известной, предлагаемая шпилька расширяет эксплуатационные возможности, так как может вворачиваться в гладкие отверстия корпусов из углеродистых сталей и серых чугунов. Это обеспечивается тем, что вершины волнообразных выступов в нормальном сечении боковой поверхности витка превышают по высоте поверхность резьбы направляющей части на величину h<. Таким образом при свинчивании отсутствует контакт направляющего участка резьбы шпильки с внутренней резь„„SU„„1802221 А1 верхностью, выступы которой превышают поверхность профиля направляющих витков резьбы на величину последеформационной усадки и упругого смещения от усилия затяжки. Кроме того, деформирующая часть корпусного конца выполнена упрочненной до 45...58 HRC, шаг волнообразных выступов позволяет расположить их по окружности среднего диаметра в количестве не меньше трех, а деформирующая и направляющая части имеют резьбовые профили с равными средними диаметрами и допусками на них, Использование шпильки позволяет расширить технологические возможности, повысить надежность сборки и стопорения. 3 ил. бой отверстия корпусной детали. Кроме того, деформирующие витки с волнистой боковой поверхностью упрочнены до 45...58

HRC.

Вследствие превышения ho в области направляющего участка образуется зазор по боковым поверхностям наружной и внутренней резьбы, таким образом предлагаемая шпилька позволяет успешно совместить преимущество тугих резьбовых соединений (в силу того, что деформирующий участок, образуя резьбу деформированием, остается в ней зажатым радиальным натягом за счет последеформационной усадки) с преимущества ::и соединений с зазором, получаемым в зоне направляющего участка. Первое преимущество позволяет сохранить высокие стопорящие свойства соединений на уровне соединений с натя1802221

roM, а также получать упрочненную резьбу в корпусе, характерную для резьбообразования выдавливанием.

Второе преимущество компенсирует действия перекосов при затяжке гайки, снижает крутящие моменты свинчивания, а также сохраняет равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы посадочного конца шпильки, B прототипе могут образовываться только соединения с натягом, причем уменьшение шага резьбы от конца к середине шпильки возможно только для корпусных деталей из легких цветных, преимущественно алюминиевых сплавов. Данные сплавы, ввиду высоких пластических свойств, позволяют виткам шпильки со смещенным шагом сжимать в осевом направлении сформированные витки внутренней резьбы, Со стальными и латунными корпусами это неприемлемо, так как механические свойства материалов шпильки и корпуса практически равноценны. Смещение шага в данном случае вызовет только излом шпилек, снижая тем самым их долговечность.

Известно, что крутящий момент свинчивания соединений с деформирующими крепежными элементами складывается из двух составляющих;

M„=М +М где Мд — составляющая, возникающая на деформирующем участке шпильки при выдавливании внутренней резьбы;

MTp — составляющая на направляющем участке от трения витков наружной и образованной резьб за счет натяга.

Для прототипа данная формула будет иметь следующий вид:

Мкр= Мд+ Мтр+ К t24p где К вЂ” число ниток резьбы посадочного конца;

hMð — величина роста крутящего момента от смещения шага на одну нитку резьбы.

Шпилька позволяет образовывать резьбовое соединение с крутящим моментом, равным практически только деформационной составляющей

Мкр= Мд. так как в данном случае резьба образуется только деформирующим участком, направляющий участок со внутренней резьбой не контактирует, а смещения шага нет, Таким образом, выигрыш в крутящем моменте налицо, а если учесть, что коэффициент стопорения у обычных деформирующих шпилек составляет

М +М

55 то выигрыш в крутящем моменте составляет

60...80 в конце свинчивания, Смещение резьбы у прототипа вызывает повышение составляющей трения Мтр в конце свинчивания, а значит и рост коэффициента стопорения. Но при вывинчивании, отвинчивающий момент резко падает, а после 2 — 3 ниток снижается до уровня соединений с переходными посадками, Шпилька позволяет сохранить стопорящие свойства постоянными, а коэффициент стопорения довести теоретически до единицы, так как

Мота Мд

Кс— = — — — =

М Мд где М тв — момент отвинчивания шпильки.

Таким. образом, предлагаемая шпилька создает высокие показатели надежности стопорения, На фиг, 1 представлены размеры деформирующей шпильки в сопряжении с корпусной деталью; на фиг. 2 изображен поперечный разрез витка резьбы шпильки совместно подеформирующему и направляющему участкам; на фиг. 3 — продольный разрез последних волнообразных выступов с переходом на направляющий участок в нормальном сечении к боковой поверхности, Шпильки изготавливались иэ стали 35

ГОСТ 1050-80.Заготовки получались резани-. ем с обработкой фасок на обоих концах.

Угол фаски и основные размеры шпилек соответствовали ГОСТ 22042 — 76. Резьба гаечного участка накатывалась на станке А2528 обычными роликами для метрической резьбы. Резьба шпилек соответствовала М12—

М20 и шагом 1,75 мм. Для посадочного конца изготавливалась пара специальных роликов, Накатка резьбы посадочного конца производилась на отдельном станке той же марки. Длина деформирующего участка на посадочном конце соответствовала величине

19 = (— + (1...2) Р)гпах. где Н вЂ” высота профиля резьбы, мм;

P — шэг резьбы, мм; р =20 ...30 — реальный угол фаски нв торцах шпильки после накатывания резьбы.

Для резьбы с шагом 1,75 мм высота профиля равна 0,947 мм. Таким образом длина деформирующего участка равнялась 6,1 мм.

Это соответствует 3-3,5 виткам резьбы.

Волнообразные выступы обеих боковых сторон витка зеркально располагались относительно его оси. Выступ накатного ролика образовывал впадину волнистого профиля, а вытесняемый металл затекал во впадину профиля ролика.

1802221

Данная технология позволяет сохранить равенство средних диаметров и их допусков для деформирующего и направляющего участков, Для резьбы М12 круговой шаг расположения волнистых вы- 5 стуков равнялся > ог 3,14 10,836 11 34

Рт.. =

Z 3 — 11,34 мм

Величина выступов на шпильках в осевом направлении определялась следующим 10

coof Hîmåíием

4 Q I 2021 оео P ,т д Ек

4 . 12000 5,0 20,21 680

2 10 3,14 1,01 8 10 0,175=0,00374+0,003=0,00674 см=

67,4 мкм

Первая часть формулы образует зазор, выбираемый в резьбе направляющего участка за счет усилия затяжки 12 кКс, Вторая частЬ определяет величину последеформационной усадки резьбы, образованной в корпусе деформирующим участком шпильки. Йеличина последеформационной усадки в общем виде определялась по формуле для металлических резьб:

aó =175 Р

Если резьба в отверстии образует вол-. нообразный выступ шпильки, то формула соответствует усадке в нормальном направлении. Если привести ее к осевому направлению, то получим:

35 ео: 20,21 Oeо Р

fly =1.75 е у2 P e

Расчеты высоты выступа произведены 40 для корпуса из сплава АЛ-10В с начальным пределом упругости гт ео = 680 кг/см и мог дулей упругости Е=8 10 кг/см .

Деформирующий участок накатанных шпилек упрочнял ТВЧ до 45...58 HRC. 45

Отверстия в корпусе под резьбу выбирали в соответствии с ГОСТ 18844-73, Завинчйвание производили на станке 2А150 с динамометром крутящего момента, Замер 50 момеНтов для корпусов из сплава АЛ-10В показал, что его величина для резьб с шагом

1,75 Мм находилась в пределах:

М12 Мкр= 26...51 Нм

IV(16 Мкр= 32...53 Нм 55

М20 Мкр= 38...64 HM

Если использовать обычные шпильки по ГОСТ 22042 †, то величина моментов для тех же резьб измерена в следующих пределах:

М12 M„p — — 69,5...136,8 Нм

М16 Мкр= 82.2...163,7 HM

М20 Мкр= 105,7...173,3 Нм

Смещение шага по прототипу вызовет еще большее увеличение крутящих моментов, Если относительно стандартных шпилек снижение величины момента составляет

58„.65, то относительно прототипа, при смещении шага на величину упругой усадки. составит еще около 15...20, Измерение моментов вывинчивания показало,что в отношении к моменту завинчивания, коэффициенты стопорения для разных реэьб составляют следующие величины;

М12 Кс= 0,78...0,88

М16 Кс= 0,87" 0,96

М20 Кс= 0,82, 0,92

Это говорит о том, что нижний предел коэффициента стопорения возрос на

23...26, причем стопорящие свойства сохранились стабильными на всем протяжении ввинчивания.

Обычные деформирующие шпильки с упрочненной эаходной частью не позволяют ввинчивать их в гладкие отверстия корпусов из углеродистых сталей и латуней, Эксперименты показали, что шпильки с резьбой М12 в отверстия корпусов из серого чугуна ввинчиваются с крутящими моментами Мкр=252...280 Нм. Для шпилек из стали

35 это уже предел, так как напряжение среза у ней порядка 580...670 мПа, а по крутящим моментам действующие напряжения в стержне шпилек равны: г, = Р =-670...720 мПа

0,2 df

В корпуса из сталей 20, 15 Л и латуни

Л59 стандартные шпильки с резьбой менее

М14 вообще не вворачиваются. Предлагаемые шпильки свинчиваются с корпусами из стали с НВ менее 220.

Использование предлагаемой деформирующей шпильки по сравнению с существующей позволяет обеспечить следующие преимущества: расширить эксплуатационные возможности за счет обеспечения возможности ввинчивания в корпуса из углеродистых сталей, серых чугунов и латуней с НВ< 220 и получения соединений со свойствами, ",арактерными свойствам соединений с зазорами и переходными посадками; повысить надежность стопорения и долговечность шпилек эа счет снижения крутящих моментов до 70...80 . стабилизации и повышения коэффициента стопорения до

Кс=0,7" 0.9, 1802221

Формула изобретения деформирующая шпилька, содержащая стержень с гаечным и посадочным резьбовыми концами, последний из которых выполнен в виде направляющего и деформирующего участков с одинаковыми средними диаметрами и допусками на них, при этом направляющий участок выполнен с треугольной резьбой с гладкими боковыми поверхностями витков, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью расширения эксплуатационных воэможностей и повышения долговечности и надежности стопорения, боковые поверхности витков резьбы деформирующего участка выполнены волнистыми, выступы волн расположены симметрично относительно продольной оси витка с шагом по Рр ин окружности, определяемым из соотношения

Ртцин г dzlZ где дг — средние диаметры резьбы деформирующего и направляющего участков;

z — число волнообразных выступов в диаметральном сечении, не меньше трех, 5 высота выступов heal относительно боковой поверхности направляющего участка в осевом сечении выбрана из соотношения

4 u1 2021 гг о Р

Еш дскб Ек где 0 — нормированное усилие затяжки;

I — длина шпильки между деформирующим участком и гаечным концом, Еш, Ек — модули упругости материалов

15 шпильки и корпусной детали;

Оео — начальный предел упругости материала корпусной детали;

d — внутренний диаметр резьбы посадочного конца;

P — шаг резьбы, а резьба деформирующего участка уп рочнена до 45-58 HRC.

АЮЮЯ2Я ЛЮЬДИГЛМЬ иалраВляющ его

P/ìóÃþÌó

1802221

Составитель А.Мазгаров

Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал Корректор Л,Филь

Заказ 842 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101